一、為什么要測(cè)量太陽(yáng)高度角？從生活現(xiàn)象到科學(xué)概念的聯(lián)結(jié)演講人01為什么要測(cè)量太陽(yáng)高度角？從生活現(xiàn)象到科學(xué)概念的聯(lián)結(jié)02太陽(yáng)高度角測(cè)量工具的原理與分類(lèi)：從傳統(tǒng)到自制的選擇03自制測(cè)量工具的實(shí)踐：從材料準(zhǔn)備到精準(zhǔn)制作04太陽(yáng)高度角的測(cè)量操作：從場(chǎng)地選擇到數(shù)據(jù)記錄的全流程05數(shù)據(jù)整理與拓展應(yīng)用：從現(xiàn)象觀(guān)察到規(guī)律總結(jié)的升華06總結(jié)：讓測(cè)量工具成為打開(kāi)科學(xué)之門(mén)的鑰匙目錄2025小學(xué)四年級(jí)科學(xué)上冊(cè)太陽(yáng)高度角測(cè)量工具課件作為一名從事小學(xué)科學(xué)教育十余年的教師，我始終相信：最好的科學(xué)課，是讓孩子用雙手觸摸知識(shí)，用眼睛觀(guān)察規(guī)律，用大腦思考原理。今天要和大家分享的“太陽(yáng)高度角測(cè)量工具”，正是這樣一節(jié)充滿(mǎn)實(shí)踐趣味與科學(xué)思維的課。它不僅能幫助四年級(jí)學(xué)生理解“太陽(yáng)高度角”這一抽象概念，更能通過(guò)親手制作測(cè)量工具、開(kāi)展實(shí)地觀(guān)測(cè)，讓科學(xué)探究的種子在他們心中生根發(fā)芽。01為什么要測(cè)量太陽(yáng)高度角？從生活現(xiàn)象到科學(xué)概念的聯(lián)結(jié)為什么要測(cè)量太陽(yáng)高度角？從生活現(xiàn)象到科學(xué)概念的聯(lián)結(jié)站在教室窗邊，我們總能看到這樣的現(xiàn)象：清晨，旗桿的影子拖得老長(zhǎng)；正午，影子卻短得幾乎貼在腳下；傍晚，影子又逐漸變長(zhǎng)。這些影子的變化，其實(shí)都與“太陽(yáng)高度角”密切相關(guān)。1太陽(yáng)高度角的定義與意義太陽(yáng)高度角，指的是太陽(yáng)光線(xiàn)與觀(guān)測(cè)者所在地平面之間的夾角（用符號(hào)h表示）。當(dāng)太陽(yáng)直射地面時(shí)，高度角為90（如赤道地區(qū)的正午）；當(dāng)太陽(yáng)在地平線(xiàn)時(shí)，高度角為0（如日出或日落）。這個(gè)角度的變化，直接影響著地面接收太陽(yáng)能量的多少——高度角越大，單位面積接收的光熱越集中，地面溫度越高；反之則越分散。對(duì)四年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō)，理解這一概念的關(guān)鍵在于“聯(lián)系生活”。我曾帶學(xué)生觀(guān)察過(guò)校園里的太陽(yáng)能路燈：夏季時(shí)，太陽(yáng)能板傾斜角度較小，因?yàn)樘?yáng)高度角大；冬季時(shí)，傾斜角度明顯增大，正是為了讓板面更接近垂直太陽(yáng)光線(xiàn)，提高發(fā)電效率。這種“看得見(jiàn)的應(yīng)用”，比單純講解公式更能激發(fā)他們的探究欲。2測(cè)量太陽(yáng)高度角的教學(xué)價(jià)值《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》在“地球與宇宙科學(xué)”領(lǐng)域明確要求，四年級(jí)學(xué)生需“知道一天中太陽(yáng)在天空中的位置變化，描述陽(yáng)光下物體影子的變化規(guī)律”。而測(cè)量太陽(yáng)高度角，正是將“位置變化”轉(zhuǎn)化為“可量化數(shù)據(jù)”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)這一活動(dòng)，學(xué)生不僅能直觀(guān)理解“影子長(zhǎng)短與太陽(yáng)高度角的關(guān)系”（高度角越大，影子越短），更能初步體驗(yàn)“提出問(wèn)題—設(shè)計(jì)方案—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—分析數(shù)據(jù)”的科學(xué)探究流程，為后續(xù)學(xué)習(xí)“四季的形成”“晝夜長(zhǎng)短變化”等內(nèi)容奠定基礎(chǔ)。02太陽(yáng)高度角測(cè)量工具的原理與分類(lèi)：從傳統(tǒng)到自制的選擇太陽(yáng)高度角測(cè)量工具的原理與分類(lèi)：從傳統(tǒng)到自制的選擇測(cè)量太陽(yáng)高度角的工具種類(lèi)繁多，從古代的日晷到現(xiàn)代的電子高度測(cè)量?jī)x，各有其原理與適用場(chǎng)景。但考慮到四年級(jí)學(xué)生的動(dòng)手能力與認(rèn)知水平，我們更推薦結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料易得、操作安全的自制工具。1基礎(chǔ)原理：幾何投影與角度測(cè)量無(wú)論哪種工具，其核心原理都基于“光線(xiàn)直線(xiàn)傳播”和“幾何投影”。當(dāng)太陽(yáng)光線(xiàn)照射到物體（如標(biāo)桿、量角器）時(shí)，會(huì)在地面或工具表面留下投影，通過(guò)測(cè)量投影長(zhǎng)度與物體高度的比例（tanh=物體高度/影子長(zhǎng)度），或直接讀取光線(xiàn)與地平面的夾角，即可計(jì)算出太陽(yáng)高度角。2常用測(cè)量工具的對(duì)比與選擇|工具類(lèi)型|核心材料|測(cè)量原理|適合年級(jí)|優(yōu)勢(shì)與局限||----------------|------------------------|--------------------------|------------|-----------------------------||標(biāo)桿+卷尺|直桿（如竹筷）、卷尺|利用tanh=桿高/影長(zhǎng)計(jì)算|四年級(jí)|材料易得，操作簡(jiǎn)單；需計(jì)算||簡(jiǎn)易量角器|硬紙板、吸管、細(xì)線(xiàn)、重物|光線(xiàn)通過(guò)吸管時(shí)，垂線(xiàn)與量角器刻度的夾角即為h|四年級(jí)|直觀(guān)讀數(shù)，無(wú)需計(jì)算；需校準(zhǔn)水平||日晷模型|圓盤(pán)、指針（晷針）|指針投影與圓盤(pán)刻度的夾角|中高年級(jí)|文化意義強(qiáng)；依賴(lài)固定時(shí)間刻度|2常用測(cè)量工具的對(duì)比與選擇|電子高度測(cè)量?jī)x|電子傳感器、顯示屏|自動(dòng)測(cè)量并顯示角度|初中以上|精準(zhǔn)高效；成本高，缺乏探究性|結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，標(biāo)桿+卷尺和簡(jiǎn)易量角器是最適合四年級(jí)學(xué)生的兩種工具。前者能強(qiáng)化“數(shù)學(xué)與科學(xué)的跨學(xué)科應(yīng)用”（用三角函數(shù)解決實(shí)際問(wèn)題），后者則能讓學(xué)生直接觀(guān)察“角度與光線(xiàn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系”，更符合直觀(guān)思維特點(diǎn)。03自制測(cè)量工具的實(shí)踐：從材料準(zhǔn)備到精準(zhǔn)制作自制測(cè)量工具的實(shí)踐：從材料準(zhǔn)備到精準(zhǔn)制作“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行?！弊寣W(xué)生親手制作測(cè)量工具，既是對(duì)原理的深度理解，也是培養(yǎng)動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)。以下以“簡(jiǎn)易量角器”為例，詳細(xì)說(shuō)明制作步驟（標(biāo)桿法可作為拓展活動(dòng)）。1材料準(zhǔn)備（以小組4人為例）小重物（如回形針、小螺母，需能讓細(xì)線(xiàn)自然下垂）可選：水平泡（如電子水平儀或自制氣泡水平儀，用于校準(zhǔn)工具水平）細(xì)吸管（直徑3-5mm，長(zhǎng)度8-10cm，避免過(guò)粗影響瞄準(zhǔn)）透明膠帶、剪刀、量角器（教學(xué)用量角器，用于繪制刻度）、記號(hào)筆細(xì)線(xiàn)（約30cm，需輕便且不易打結(jié)，如縫紉線(xiàn)）硬紙板（A4大小，厚度適中，建議用廢舊快遞盒）2制作步驟（分5步，強(qiáng)調(diào)安全與協(xié)作）：繪制量角器刻度將硬紙板裁剪為半圓形（半徑10-15cm），以圓心為頂點(diǎn)，用教學(xué)用量角器在紙板邊緣從0到90均勻標(biāo)注刻度（每10標(biāo)一個(gè)大數(shù)，每5標(biāo)一個(gè)小數(shù)）。這一步需注意：刻度線(xiàn)要細(xì)且清晰，0刻度線(xiàn)與半圓直徑重合（對(duì)應(yīng)地平面方向），90刻度線(xiàn)指向半圓頂部（對(duì)應(yīng)正上方）。第二步：固定瞄準(zhǔn)吸管將細(xì)吸管沿半圓的直徑方向（0刻度線(xiàn)）粘貼在硬紙板上，吸管中心需與半圓的直徑線(xiàn)重合?？捎猛该髂z帶纏繞2-3圈固定，確保吸管不會(huì)滑動(dòng)（這是關(guān)鍵！若吸管偏移，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量角度偏差）。2制作步驟（分5步，強(qiáng)調(diào)安全與協(xié)作）：繪制量角器刻度第三步：安裝垂線(xiàn)系統(tǒng)在半圓的圓心處（即吸管中點(diǎn)正上方）扎一個(gè)小孔，將細(xì)線(xiàn)穿過(guò)小孔并打結(jié)固定。細(xì)線(xiàn)另一端系上小重物，確保自然下垂時(shí)能自由擺動(dòng)且不接觸紙板（若重物太輕，垂線(xiàn)易受風(fēng)吹動(dòng)；太重則擺動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，需平衡）。第四步：校準(zhǔn)工具水平這是容易被忽略卻至關(guān)重要的一步！若測(cè)量工具本身未保持水平，垂線(xiàn)與刻度的夾角將無(wú)法準(zhǔn)確反映太陽(yáng)高度角?？刹捎脙煞N方法校準(zhǔn)：自制氣泡水平儀：在硬紙板背面粘貼一根透明軟管（內(nèi)裝水和一個(gè)小氣泡），調(diào)整工具角度使氣泡居中；利用地面輔助：將工具平放在水平的桌面或地面（如操場(chǎng)的水泥地），觀(guān)察垂線(xiàn)是否與0刻度線(xiàn)垂直（即垂線(xiàn)應(yīng)指向90刻度線(xiàn)正下方）。2制作步驟（分5步，強(qiáng)調(diào)安全與協(xié)作）：繪制量角器刻度第五步：標(biāo)記小組信息用記號(hào)筆在硬紙板背面寫(xiě)上小組名稱(chēng)（如“陽(yáng)光組”“探索隊(duì)”），避免測(cè)量時(shí)混淆工具。3常見(jiàn)問(wèn)題與解決（教師需提前預(yù)判）STEP4STEP3STEP2STEP1刻度繪制不精準(zhǔn)：教師可提前打印半圓刻度模板，讓學(xué)生沿模板描線(xiàn)，減少誤差；吸管偏移：粘貼時(shí)用直尺對(duì)齊，先固定一端再調(diào)整另一端，確保與直徑線(xiàn)完全重合；垂線(xiàn)擺動(dòng)不止：可提醒學(xué)生用手輕扶重物，待靜止后再讀數(shù)；工具不水平：若沒(méi)有水平儀，可讓學(xué)生將工具放在課本上（課本封面較平），再通過(guò)觀(guān)察垂線(xiàn)是否與0刻度線(xiàn)垂直來(lái)判斷。04太陽(yáng)高度角的測(cè)量操作：從場(chǎng)地選擇到數(shù)據(jù)記錄的全流程太陽(yáng)高度角的測(cè)量操作：從場(chǎng)地選擇到數(shù)據(jù)記錄的全流程制作完工具，接下來(lái)就是“實(shí)戰(zhàn)”測(cè)量了。這一環(huán)節(jié)需引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注細(xì)節(jié)，培養(yǎng)“嚴(yán)謹(jǐn)記錄、多次測(cè)量”的科學(xué)態(tài)度。1測(cè)量前的準(zhǔn)備（3項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)）確定觀(guān)測(cè)時(shí)間：建議選擇晴天的9:00、12:00、15:00三個(gè)時(shí)間點(diǎn)（覆蓋上午、正午、下午），觀(guān)察太陽(yáng)高度角的日變化；選擇觀(guān)測(cè)場(chǎng)地：需空曠無(wú)遮擋（如操場(chǎng)、樓頂平臺(tái)），地面盡量水平（避免斜坡影響影子或工具水平），且能看到完整的太陽(yáng)（避開(kāi)云層遮擋時(shí)段）；分組分工：4人小組可分為“操作員”（手持工具瞄準(zhǔn)太陽(yáng)）、“記錄員”（記錄角度與時(shí)間）、“復(fù)核員”（檢查工具是否水平、讀數(shù)是否正確）、“安全員”（提醒避免直視太陽(yáng)）。0102032測(cè)量步驟（分6步，強(qiáng)調(diào)規(guī)范）：調(diào)整工具方向操作員手持工具，將吸管對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)（注意：絕不能用肉眼直接通過(guò)吸管看太陽(yáng)！需通過(guò)觀(guān)察吸管投影判斷——當(dāng)吸管在地面的影子最短時(shí)，說(shuō)明吸管已指向太陽(yáng)）。第2步：等待垂線(xiàn)靜止待垂線(xiàn)停止擺動(dòng)后，觀(guān)察垂線(xiàn)與量角器刻度的交點(diǎn)——此時(shí)垂線(xiàn)與0刻度線(xiàn)（地平面）的夾角，即為太陽(yáng)高度角（例如，垂線(xiàn)指向30刻度線(xiàn)，說(shuō)明太陽(yáng)高度角為30）。第3步：讀取并記錄數(shù)據(jù)記錄員將時(shí)間（精確到分鐘）、測(cè)量角度、天氣狀況（如“晴”“少云”）填入表格（見(jiàn)下表）。|觀(guān)測(cè)時(shí)間|太陽(yáng)高度角（）|影子長(zhǎng)度（cm）|備注（如工具問(wèn)題）|2測(cè)量步驟（分6步，強(qiáng)調(diào)規(guī)范）：調(diào)整工具方向|------------|------------------|----------------|---------------------||9:10|35|120|工具輕微晃動(dòng)||12:05|68|45|垂線(xiàn)靜止快||15:20|22|180|云層遮擋1次|第4步：重復(fù)測(cè)量取平均為減少誤差，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)需測(cè)量3次，取平均值作為最終結(jié)果（如9:10測(cè)量值為34、35、36，則平均值為35）。2測(cè)量步驟（分6步，強(qiáng)調(diào)規(guī)范）：調(diào)整工具方向第5步：對(duì)比標(biāo)桿法驗(yàn)證作為拓展，可同時(shí)用標(biāo)桿法測(cè)量：將一根50cm長(zhǎng)的直桿垂直插入地面，用卷尺測(cè)量影子長(zhǎng)度，計(jì)算tanh=桿高/影長(zhǎng)，再通過(guò)計(jì)算器（或教師提前準(zhǔn)備的三角函數(shù)表）換算成角度。若兩種方法結(jié)果偏差在5以?xún)?nèi)，說(shuō)明測(cè)量有效；偏差過(guò)大則需檢查工具或操作。第6步：整理工具與場(chǎng)地測(cè)量結(jié)束后，將工具收進(jìn)收納袋，清理地面標(biāo)記（如標(biāo)桿插入的小孔），培養(yǎng)“愛(ài)護(hù)環(huán)境”的科學(xué)素養(yǎng)。3安全與倫理教育（貫穿始終）避免直視太陽(yáng)：即使通過(guò)吸管，長(zhǎng)時(shí)間看太陽(yáng)也會(huì)損傷視網(wǎng)膜，需反復(fù)強(qiáng)調(diào)“用影子判斷方向”；1愛(ài)護(hù)公共設(shè)施：標(biāo)桿插入地面時(shí)，避免破壞草坪或地磚；2團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)：鼓勵(lì)小組成員輪流操作，避免“一人包辦”，讓每個(gè)學(xué)生都能體驗(yàn)探究的樂(lè)趣。305數(shù)據(jù)整理與拓展應(yīng)用：從現(xiàn)象觀(guān)察到規(guī)律總結(jié)的升華數(shù)據(jù)整理與拓展應(yīng)用：從現(xiàn)象觀(guān)察到規(guī)律總結(jié)的升華測(cè)量數(shù)據(jù)本身不是目的，關(guān)鍵是通過(guò)分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律、聯(lián)系生活。這一環(huán)節(jié)可設(shè)計(jì)為“小組匯報(bào)+班級(jí)討論”，引導(dǎo)學(xué)生從“記錄者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤八伎颊摺薄?數(shù)據(jù)整理：繪制太陽(yáng)高度角日變化圖各小組將測(cè)量數(shù)據(jù)匯總到坐標(biāo)紙上（橫軸為時(shí)間，縱軸為高度角），繪制折線(xiàn)圖。通常會(huì)觀(guān)察到：上午高度角逐漸增大，正午達(dá)到最大值，下午逐漸減小，整體呈“單峰曲線(xiàn)”。這一規(guī)律與“影子長(zhǎng)短變化”完全對(duì)應(yīng)——高度角最大時(shí)（正午），影子最短；高度角最小時(shí)（日出/日落），影子最長(zhǎng)。2拓展思考：太陽(yáng)高度角的影響與應(yīng)用生活應(yīng)用：為什么太陽(yáng)能熱水器的集熱管要傾斜安裝？（與當(dāng)?shù)仄骄?yáng)高度角匹配，最大化接收熱量）；為什么冬天晾衣服需要更長(zhǎng)時(shí)間？（太陽(yáng)高度角小，光線(xiàn)斜射，單位面積能量少，溫度較低）；地理聯(lián)系：同一時(shí)間，北京和?？诘奶?yáng)高度角相同嗎？（不同，緯度越高，太陽(yáng)高度角越?。?；跨學(xué)科融合：用數(shù)學(xué)中的“三角函數(shù)”解釋標(biāo)桿法的原理（tanh=對(duì)邊/鄰邊=桿高/影長(zhǎng)），用美術(shù)課的“折線(xiàn)圖”呈現(xiàn)數(shù)據(jù)變化。3延伸活動(dòng)：測(cè)量不同季節(jié)的太陽(yáng)高度角可布置長(zhǎng)期觀(guān)察任務(wù)：分別在春分、夏至、秋分、冬至前后各選一天，用同一工具測(cè)量正午太陽(yáng)高度角，記錄數(shù)據(jù)并繪制年變化圖。學(xué)生將發(fā)現(xiàn)：夏至日高度角最大（北半球），冬至日最小，春分秋分次之，從而初步理解“四季更替與太陽(yáng)高度角變化”的關(guān)系。06總結(jié)：讓測(cè)量工具成為打開(kāi)科學(xué)之門(mén)的鑰匙總結(jié)：讓測(cè)量工具成為打開(kāi)科學(xué)之門(mén)的鑰匙回顧整節(jié)課，從認(rèn)識(shí)太陽(yáng)高度角的意義，到自制測(cè)量工具，再到實(shí)地觀(guān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析，我們始終遵循“做中學(xué)”的理念。這些看似簡(jiǎn)單的工具（硬紙板、吸管、細(xì)線(xiàn)），實(shí)則是引導(dǎo)學(xué)生走向科學(xué)探究的“橋梁”——它們不僅教會(huì)孩子“如何測(cè)量”，更讓孩子明白“為什么測(cè)量”“測(cè)量后如何思考”。作為教師，我最深的體會(huì)是：當(dāng)學(xué)生舉著自己制作的量角器，興奮地喊出“老師，